黄土高原是我国水土流失最严重的地区,特别是黄土丘陵沟壑区,土壤侵蚀不断加剧,恶化了区域生态环境,严重制约社会、经济的发展。本论文以黄土丘陵沟壑区典型小流域——甘肃省定西市安家沟流域作为研究对象,基于流域长期实验观测所得的气候、水文资料(1977～2008年),结合不同时期的土地利用数据(1987年、1997年和2007年),运用数理统计分析和GIS与RS空间分析等技术,以定性描述与定量分析相结合的方法,对安家沟流域降雨、土壤水、径流和泥沙等水文因子特性进行分析总结；同时,构建了适于研究流域的SWAT分布式水文模型,对流域的水沙变化与土地利用格局演变的耦合关系进行了模拟研究,进一步验证并总结了安家沟流域的水沙及土地利用格局的动态变化规律,阐析了流域水文生态过程对土地利用格局演变的响应机制,为我国黄土丘陵沟壑区优化配置水土资源和有效改善区域生态环境提供理论基础与决策依据。研究主要结论如下：(1)安家沟流域降雨是影响流域水沙变化的主要因素,流域降雨时空分布的不均匀性是十分显著的,且暴雨导致该流域严重的水土流失。各类型暴雨发生的次数与年降水的多少有一定相关性,但以年降雨量的多少直接判断暴雨发生频率的高低,以及产流产沙的多少,不科学,有偏差。(2)安家沟流域内,降水几乎是其土壤水分的唯一来源,流域年降雨量对年土壤含水量均值有直接的影响,降雨量越大,土壤含水量也就越高。不同土地利用类型的土壤水分年内循环过程均为“水分补偿-水分消耗-水分补偿”。不同土地利用类型的土壤含水量垂直变化有差异,但都以地表0-40cm范围内的水分分布变化最大,且水分变幅随土层深度增加而变小是剖面水分分布的共同特征。从调节土壤水分功能来看,林地调节能力要比耕地和草地的强：同时,不同土地利用类型土壤水分平衡分析结果也表明,林地的蒸散耗水量较大,而地表径流量相对最少。在安家沟流域灌乔木林地能有效地拦蓄径流,增加降雨入渗量,起到保蓄水土、减少水土流失的重要作用。(3)在黄土丘陵沟壑区,不同土地利用类型改变了坡地水分和泥沙的贮存状况,研究的5种土地利用类型坡地的单位面积年产流量之间及单位面积年产沙量之间都存在显著差异,但它们年尺度上均值大小变化趋势一致,都符合“坡耕地(小麦)>人工草地(苜蓿)>乔木林地(油松)>自然草地(针茅)>灌木林地(沙棘)”的规律；相同土地利用类型条件下,在研究的坡度范围内(10°～20°),坡地单位面积年产流和产沙量都随着坡度的升高而增大,其中不同坡度坡地单位面积年产流无显著差异,但单位面积年产沙差异显著。(4)流域各土地利用类型都不同程度的受到人为干扰,其土地利用变化的主要特色是梯田和林地面积的增加,主要来源是坡耕地转化和荒坡开垦；1997～2007年内梯田、坡耕地和草地的变化速度均快于1987～1997年内的；但流域各土地利用斑块类型在景观中呈均衡化趋势分布。(5) SWAT模型应用于安家沟流域时,径流模拟效果好于泥沙,年际尺度模拟计算结果比月尺度理想,其次是丰水季节各月的径流模拟,再次是泥沙月尺度模拟。SWAT模型数值模拟结果表明：产流量方面,流域不同土地利用类型的单位面积的年均产流量的大小依次是,耕地>未利用地>草地>有林地>其他用地(建设用地为主)；产沙量方面,流域不同土地利用类型的单位面积的年均产沙量的大小依次是,未利用地>耕地>草地>其他用地>有林地。(6)建立情景数值模型,采用固定一个因子(气候或土地利用变化)的方法,定量分析了安家沟流域土地利用格局演变对水沙变化的影响程度。随着林草覆盖率增加,流域的产流产沙随之减少,水沙的变化响应强烈程度先强后弱,即当流域林草覆盖率达到一定值时,其对流域径流泥沙的调节作用将减小。林草地具有很明显的减水减沙的生态水文功能,且对产沙的影响大于对产流的影响。